Научная статья на тему 'Обнаружение участков оптических волокон с изменёнными характеристиками с помощью бриллюэновского рефлектометра'

Обнаружение участков оптических волокон с изменёнными характеристиками с помощью бриллюэновского рефлектометра Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
498
90
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОПТОВОЛОКНО / РАННЯЯ ДИАГНОСТИКА / БРИЛЛЮЭНОВСКАЯ РЕФЛЕКТОМЕТРИЯ / ИЗГИБ / МИКРОИЗГИБ / НАТЯЖЕНИЕ / НЕСАНКЦИОНИРОВАННЫЙ ДОСТУП

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Богачков Игорь Викторович

Своевременное обнаружение и устранение "проблемных" участков в оптических волокнах (ОВ) является важной задачей мониторинга и ранней диагностики волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Под "проблемными" участками в данной статье понимаются участки ОВ с изменённой температурой, изменённым натяжением, изгибы и микроизгибы ОВ, участки с несанкционированным доступом (НСД) к ОВ. По сравнению с другими линиями связи ВОЛС имеют высокую степень защищенности информации от НСД, но несмотря на большие затраты и сложность, НСД к ОВ возможен, хотя для формирования канала утечки информации требуется непосредственный физический контакт с ОВ. Для обеспечения долголетней надёжной работы ВОЛС необходимо не только осуществлять своевременный контроль за целостностью ОВ ВОЛС, но и обнаруживать "проблемные" участки, имеющие повышенные механические натяжения или температурные отличия. Даже небольшие деформации грунта могут привести к возникновению механических напряжений в ОВ, находящихся внутри проложенных под землей ОК связи. Температурные изменения в ОВ также могут сигнализировать о появлении "проблемного" участка ВОЛС. Своевременное обнаружение подобных участков позволяет принять необходимые меры по устранению проблемы до разрушения ОВ ВОЛС. Системы мониторинга ОВ, построенные с использованием обычных рефлектометров (OTDR), не способны решить эту задачу. Существуют способы съёма информации из ОВ, основанные на охлаждении, растяжении участка ОВ, создании изгиба и т. п. В этом случае желательно применение бриллюэновских рефлектометров (BOTDR) в системе мониторинга, хотя пока широкое распространение BOTDR ограничено их высокой стоимостью. Приведены рефлектограммы BOTDR ОВ с участками с изменённой температурой, изгибами и микроизгибами, при периодическом механическом воздействии на ОВ. Применение BOTDR в системе мониторинга ОВ ВОЛС позволяет повысить эффективность обнаружения "проблемных" участков (участков с изменённым натяжением, температурой и т.п.), в том числе с НСД. Метод бриллюэновской рефлектометрии позволяет осуществлять раннюю диагностику ОВ, обнаруживать НСД и устранять проблемы в ОВ на ранней стадии.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Обнаружение участков оптических волокон с изменёнными характеристиками с помощью бриллюэновского рефлектометра»

ОБНАРУЖЕНИЕ УЧАСТКОВ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

С ИЗМЕНЁННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ С ПОМОЩЬЮ БРИЛЛЮЭНОВСКОГО РЕФЛЕКТОМЕТРА

Своевременное обнаружение и устранение "проблемных" участков в оптических волокнах (ОВ) является важной задачей мониторинга и ранней диагностики волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Под "проблемными" участками в данной статье понимаются участки ОВ с изменённой температурой, изменённым натяжением, изгибы и микроизгибы ОВ, участки с несанкционированным доступом (НСД) к ОВ. По сравнению с другими линиями связи ВОЛС имеют высокую степень защищенности информации от НСД, но несмотря на большие затраты и сложность, НСД к ОВ возможен, хотя для формирования канала утечки информации требуется непосредственный физический контакт с ОВ. Для обеспечения долголетней надёжной работы ВОЛС необходимо не только осуществлять своевременный контроль за целостностью ОВ ВОЛС, но и обнаруживать "проблемные" участки, имеющие повышенные механические натяжения или температурные отличия. Даже небольшие деформации грунта могут привести к возникновению механических напряжений в ОВ, находящихся внутри проложенных под землей ОК связи. Температурные изменения в ОВ также могут сигнализировать о появлении "проблемного" участка ВОЛС. Своевременное обнаружение подобных участков позволяет принять необходимые меры по устранению проблемы до разрушения ОВ ВОЛС. Системы мониторинга ОВ, построенные с использованием обычных рефлектометров (OTDR), не способны решить эту задачу. Существуют способы съёма информации из ОВ, основанные на охлаждении, растяжении участка ОВ, создании изгиба и т. п. В этом случае желательно применение бриллюэновских рефлектометров (BOTDR) в системе мониторинга, хотя пока широкое распространение BOTDR ограничено их высокой стоимостью. Приведены рефлектограммы BOTDR ОВ с участками с изменённой температурой, изгибами и микроизгибами, при периодическом механическом воздействии на ОВ.

Применение BOTDR в системе мониторинга ОВ ВОЛС позволяет повысить эффективность обнаружения "проблемных" участков (участков с изменённым натяжением, температурой и т. п.), в том числе с НСД. Метод бриллюэновской рефлектометрии позволяет осуществлять раннюю диагностику ОВ, обнаруживать НСД и устранять проблемы в ОВ на ранней стадии.

Информация об авторе:

Богачков Игорь Викторович, к. т. н., доцент; доцент кафедры "Средства связи и информационная безопасность" Омского государственного технического университета, член IEEE, Омск, Россия

Для цитирования:

Богачков И.В. Обнаружение участков оптических волокон с изменёнными характеристиками с помощью бриллюэновского рефлектометра // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. Том 11. №7. С. 4-8.

For citation:

Bogachkov I.V. (2017). Detecting of optical fibers sections with changed characteristics using brillouin reflectometer. T-Comm, vol. 11, no.7, рр. 4-8. (in Russian)

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности (проект № 8.9334.2017/БЧ)

Богачков Игорь Викторович,

Омский государственный технический университет, Омск, Россия, [email protected]

Ключевые слова: оптоволокно, ранняя диагностика, бриллюэновская рефлектометрия, изгиб, микроизгиб, натяжение, несанкционированный доступ.

Своевременное обнаружение и устранение «проблемных» участков в оптических волокнах (ОВ), находящихся в проложенных оптических кабелях (ОК), является важной задачей мониторинга и ранней диагностики волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). «Проблемными» в этой статье считаются участки ОВ с изменённой температурой, с изменённым натяжением, при наличии изгибов и микроизгибов ОВ, участки с несанкционированным доступом (НСД) кОВ и т. п. [1-4].

Как известно, по сравнению с другими линиями связи ВОЛС имеют высокую степень защищенности информации от НСД. При нормальных условиях работы ВОЛС оптическое излучение выходит за пределы сердечника ОВ на расстояния не более длины волны, и вне ОВ электромагнитное поле не обнаруживается [3-6].

Защитные оболочки и элементы конструкции ОК существенно ослабляют боковое излучение, поэтому для НСД необходимо нарушить целостность внешней защитной оболочки ОК для непосредственного доступа к ОВ.

Несмотря па большие затраты и сложность, НСД к ОВ возможен, хотя для формирования канала утечки информации требуется непосредственный физический контакт с ОВ.

В местах стыковки О В (соединения и разветвления ВОЛС) защиту от НСД можно обеспечить за счёт организационно-технических мероприятий, что не относится к теме работы.

Способы съема сигнала из ВОЛС по виду подсоединения можно разделить на безразрывные и разрывные, а также на локальные и протяженные [3-6],

В безразрывном локальном способе несанкционированного доступа выполняется линзовая фокусировка вытекающих мод на изгибе волокна, аналогично применению в аппаратах для сварки ОВ и юстировки.

Устройства разрывного НСД требуют временного прерывания пути распространения светового сигнала в ВОЛС, что может сигнализировать о наличии самого доступа и обнаруживается системой мониторинга на основе оптических рефлектометров (OTDR - optical time domain refleclometer) [3, 7].

По способам регистрации излучения при НСД разделяют на пассивные, активные и компенсационные [3 — 6].

В пассивных способах НСД для регистрация излучения используются участки с повышенным уровнем бокового излучения. Такие способы обладают более высокой скрытностью, ею имеют низкую чувствительность.

При помощи активных способов (вдавливание зондов в оболочку, механическое и термическое деформирование ОВ, шлифование и растворение оболочки ОВ и т. п) с помощью специальных средств можно вывести излучение через боковую поверхность ОВ, При этом происходит изменение характеристик сигнала в ОВ, что можно обнаружить [3-6].

Компенсационные способы основаны на введении в ОВ дополнительного излучения, компенсирующего потери мощности в ОВ, которое происходит из-за НСД. Несмотря на определённые преимущества, эти способы технически труднореализуемы.

Появление побочных излучений с боковой поверхности ОВ происходит, в основном, из-за преобразования направляемых мод в вытекающие за счет локальных изменений оп-

тических характеристик на нерегулярпостях ОВ (микроизгибах и макроизгибах) при распределенных и локальных воздействиях [4, 5].

Протяженный безразрывный съем информации возможно также осуществить на пологом изгибе ОВ под воздействием низких температур, поскольку при этом происходит изменение показателя преломления ОВ, в результате чего повышается уровень рассеяния.

Изменения показателя преломления ОВ также можно достичь при растягивающем воздействии [4, 6],

При механическом или акустическом воздействии можно достичь изгиба ОВ, при котором угол падения волны па границе раздела сред сердцевина-оболочка превысит критический угол, что приведёт к выходу части излучения из ОВ. Появление такого изгиба ОВ приводит к изменению коэффициента затухания, что может быть обнаружено OTDR [4, 5].

При оптическом туннелировании излучение проникает через оболочку ОВ при углах падения больших критического, что позволяет перехватывать часть излучения дополнительным световодом, не внося в ОВ существенных потерь и обратного рассеяния [4, 5].

Таким образом, для предотвращения съема передаваемой информации необходимо обеспечить обнаружение попыток НСД к ВОЛС и фиксацию места НСД

Рассмотренные методы вносят потери и обладают обратным рассеянием света в местах сформированного канала утечки, что позволяет обнаруживать НСД с помощью метода оптической рефлектометр» и [5-7].

Для обнаружения и устранения рассмотренных выше способов НСД в ВОЛС, как и обнаружения неисправностей ОВ, могут использоваться системы удаленного контроля ОВ (RFTS - remote fiber test systems), использующие для работы OTDR. RFTS позволяют обеспечить автоматическое обнаружение, точную локализацию и индикацию возникшей неисправности в ВОЛС на географической карте местности, что позволяет минимизировать потери данных и время устранения нарушений OK [1, 2].

Кроме того, изменение рефлектограмм относительно эталонных (появление новых «событий», изменение уровня отраженного сигнала и т. п.), позволяет сделать предположение о возможном НСД к ВОЛС.

Для обеспечения долголетней надёжной работы ВОЛС необходимо не только осуществлять своевременный контроль за целостностью ОВ ВОЛС, по и обнаруживать «проблемные» участки ВОЛС, имеющие повышенные механические натяжения или температурные отличия [1,8, 10].

Наличие продольных механических натяжений ОВ ВОЛС порядка 0,2 % и более может привести к существенному сокращению срока службы OK [1, 101- Для ОК связи, проложенных под землей, даже небольшие деформации грунта (из-за просадки канализационных коммуникаций, инженерных сооружений и т. п), могут привести к возникновению механических напряжений в ОВ, находящихся внутри проложенных OK [1, 10-14],

Температурные изменения в ОВ также могут сигнализировать о появлении «проблемного» участка ВОЛС. Например, повышение температуры какого-либо участка ВОЛС может наблюдаться при прорыве теплотрассы в месте про-

кладки ОК, а в зимнее время, наоборот, может наблюдаться понижение температуры участка BOJIC из-за появления трещин в почве или иных разрушений на трассе прокладки ОК [15-17].

Своевременное обнаружение подобных участков позволяет принять необходимые меры по устранению проблемы до разрушения ВОЛ С.

Для решения задач обнаружения механических натяжений в О В и участков ОВ с измененной температурой в настоящее время можно использовать брюллиэновские рефлектометры (BOTDR - Brillouin optica! time-domain re Hectometers), принцип работы которых основан на анализе спектра рассеяния Мандельштама - Брнллюэна (РМБ), которое наблюдается при введении в ОВ сигнала повышенной мощности [!],

Системы мониторинга ОВ. построенные с использованием обычных OTDR, не способны решить эту задачу [1, 8-10].

Кроме того, как было отмечено выше, существуют способы съёма информации из ОВ, основанные на охлаждении, растяжении участка ОВ, создании изгиба, акустических воздействиях на ОВ [3-6]. В этом случае желательно применение BOTDR в системе мониторинга, хотя пока широкое распространение BOTDR ограничено в связи с их высокой стоимостью.

Как будет показано ниже, рефлектограммы BOTDR имеют хорошую чувствительность к изгибам и микроизгибам.

РМБ приводит к образованию обратной волны в ОВ, поэтому, зондируя ОВ короткими импульсами и сканируя несущую частоту этих импульсов, можно найти распределение спектра рассеяния Мандельштама - Бриллюэна (СРМБ) вдоль ОВ и частоту максимального сигнала в этом спектре, которая называется бриллюэновским сдвигом частоты (/¡¡). Анализируя СРМБ в ОВ и определив поведение Ун, можно понять картину распределения натяжений в нем [I, lOj.

С целью изучения особенностей поведения СРМБ в ОВ от различных факторов при содействии ЗАО «Москабель-Фуджикура» были проведены экспериментальные исследования с BOTDR «Ando AQ 8603» и с обычным OTDR «EXPO FTB-400» оптических волокон, участки которых подвергались различным воздействиям (нагреву, охлаждению, продольному растяжению и т.д.).

Экспериментальные исследования, результаты которых представлены ниже, проводились с обычным одномодовым ОВ (G.652).

Экспериментальные исследования влияний поперечных смещающих и раздавливающих воздействий были описаны ранее в работах [10, 111, исследования влияния продольных растягивающих сил - в публикациях 112-14].

Обнаружение участков ОВ различных видов с изменённой температурой, температурные зависимости СРМБ и натяжения рассмотрены в работах [15-17].

Результаты аналогичных исследований ОВ с различными законами поведения дисперсии приведены в работе [18].

В первом эксперименте были исследованы рефлектограммы OTDR и BOTDR участка О В, который подвергался нагреву, охлаждению или продольному растяжению.

Анализ показал, что кроме «всплеска», характерного для конца (обрыва) ОВ, каких-либо «событий» в ОВ па рефлек-тограммах OTDR мы не наблюдаем [8, 9].

Для сравнения па рис. ! и 2 показаны 3D-BOTDR-рефлектог раммы (картины распределения СРМБ вдоль ОВ) при незначительных нагреве и охлаждении участков.

На рисунке 1 показана BOTDR-рефлектограмма при нагреве участка до +40°С.

Нагретый участок уверенно обнаруживается (в области 1,2 км) уже при нагреве до +35°С, и для более высоких температур отличается только масштабом смещения максимума СРМБ (/в) в область более высоких частот [8].

Смещение СЕР m натр ртом учагтке / / / световода

д.. 1РОЭВ w* | о.Уоавй kW 1

i.j-ijâi м: тплггцт_го|;"

DlkE.пиЛ : 1.20J21

n.^jBiur Î6 . ti'/СОН м

Hang,) 2kn 1

? .H. ■ Юла

m. 1 vit ПгоОиию*

Etcv ■ л.э.дуцан=

га>но. : i.iâe^Û о. CJa,

■I it/ t Г

t.. .Jl- . ПЛИ .

Рис. 1. ВОПЖ-рефлектограмма для участка ОВ, нагретого до +40°С

Для сравнения на рис. 2 приведена ВОТОР-рефлектограмма для того же участка ОВ, охлаждённого до -10°С [9].

Охлажденный участок уверенно обнаруживается уже при температуре +15°С, и для более низких температур отличается только масштабом смещения максимума СРМБ (/й) в область более низких частот.

1 охлажденном

3ial.ncOÎ 1,20404 ►m tl

■ ' - - :Y ' 10.540 СНП »'J : J. I. D D >- >li

явд*| îlem IOR f l,4[fB10 r.w. lOnp

kvr I a il Au. : 0 . 0£n rxequuuq

llutl 10. тоайщс Ï^14 ' a 3D/30

stop : 10 sorcH, Ewep ■ -UHIIJ

Рис, 2. ВОПЖ-рефлектограмма для участка ОВ, охлаждённого до -10°С

Во втором эксперименте было исследовано влияние изгибов ОВ на СРМБ и характеристики натяжения О В при периодическом воздействии (при намотке ОВ на катушку).

!-1а рисунке 3 представлена картина СРМБ ОВ при периодическом механическом воздействии (ОВ находится в процессе намотки па катушку) [10].

Место точечного механического поперечного воздействия на катушку с ОВ хорошо заметно на рис. 3 по периодическим выбросам на графике СРМБ.

Таким образом, в рассмотренных случаях ВОТОР смог обнаружить «проблемный» участок (зафиксировать место воздействия).

В третьем эксперименте изучалось влияние диаметра изгиба ОВ на СРМБ.

m

место I воздействие на ОВ

Рис, 3. BOTDR-реф лекто грам ма при периодическом воздействии на ОВ

На рисунке 4 представлены изменения на ВОПЖ реф-лектограмме в зависимости от диаметра изгиба ОВ. Место изгиба представляло собой полукруг определенного диаметра в 2 м от конца ОВ. Исследования показали, что уменьшение диаметра изгиба менее 25 мм становится заметным на рефлектограмме за счет уменьшения амплитуды и изменения крутизны наклона характеристики в зависимости от диаметра изгиба.

На рисунке 5, кроме изменений ЕЮИЖ-рефлектограммы от диаметра изгиба, показаны изменения в случае микроизгиба ОВ. Место микроизгиба (3 м от конца ОВ) представляло собой полукруг диаметром изгиба 1 мм, сформированный на стержне соответствующего диаметра. Микроизгиб также хорошо замеч ен па рефлектограмме.

Как видно из рис. 4 и 5, изгибы и микроизгибы ОВ хорошо заметны па BOTDR-рефлектограммах.

Метод брилл¡ооновской рефлектометрии позволяет осуществлять раннюю диагностику ОВ BOJIC, обнаруживать НСД и устранять проблемы в ОВ на ранней стадии.

BOTDR способен обнаружить «проблемный» участок (как с измененной температурой, так и с некритически измененным натяжением) и оценить степень натяжения ОВ, в то время как ОТГЖ таких участков не обнаруживает.

Изгибы и микроизгибы также обнаруживаются BOTDR, но для получения итоговых зависимостей необходимы до-

полнительные исследования. В этом случае особый интерес для дальнейших исследований представляет изучение ОВ с меньшей чувствительностью к изгибам (G.657).

Применение BOTDR в системе мониторинга ОВ ВОЛС позволяет повысить эффективность обнаружения «проблемных» участков (участков с изменённым натяжением, температурой и т. п.), в том числе с НСД.

Литература

I Богачков IIВ. Горлов НИ. Методы и средства мониторинга и ранней диагностики волоконно-оптических линий передачи. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. 192 с.

3. Богачков И.В.. Трухшш А.И. Проблемы мониторинга современных волоконно-оптических линий связи II Сборник трудов VI Между! кф конф. по фотокике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. 2017. С. 136-137.

3. Богач кое И. В., Трухшш А. И. Обзор способов формирования каналов утечки информации в оптических волокнах // Современные проблемы Телекоммуникаций: Маг. Рос. науч.-техн. конф. Новосибирск: Изд-во СнбГУТИ, 2016. С. 291-295.

4. Богачков И.В., Трухшш А,И Повышение эффективности обнаружения каналов утечки в оптических волокнах // Сборник трудов VI Между! lap. конф. по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ. 2017. С. 362-363.

5. Богачков И.В.. 1 'орлов Н.П., Трухшш А.И. Исследование влияний изгибов оптических волокон на спектр бриллюэновекого рассеяния // Сб. докладов 1-й Всерос. науч.-нракт, конф, «Оптическая рефлектометрии - 2016». Пермь: Печатный салон «Гармония», 2016. С. 17-19.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Манько А,. Каток В.. Задорожний М Зашита информации на волокон но-оптических линиях святи от несанкционированного доступа //11раковое, нормативное и метрологическое обеспечение систем защиты информации. Киев. 2001. №2. С 249-255.

7. Saileh M.F. М Zaktiria Z. Optical liber bending detection on long distance OPGW using OTDR II TELKOMNIKA, 2015, V, 13, № 3, pp. 889-893.

8. Bogachkov I. V., Gorlov N.I. Joint testing of optical pulse reflectometers of various types Ibr early diagnostics and detection of "problem" sections in optical fibers II IEEE 2016 13th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings. V. 1. p. 1. pp. 152-156.

9. Богачкок И В.. Гор ше И.И. Совместные испытания оптических импульсных рефлектометров различных ВИДОВ для ранней диагностики и обнаружения «проблемных» участков в оптических волокнах // Осетии к СибГУТИ. Новосибирск: Изд-во СнбГУТИ, 2017. Вып. 1 (37). С. 75-82.

10. Богачков И.В.. Майстренко В.А. Обнаружение «проблемных» участков а волоконно-оптических линиях связи на основе анализа спектра бриллюэновекого рассеяния И T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 2015. Том 9. №11. С. 19-24.

11. Bogachkov I.V.. Gorlov N.I. Experimental Researches of the Transverse Pressures Influences on Optical fibers, Brillouin Back scattering Spectrum and Strain Characteristics II iEF.E 2014 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings. V. I, pp. 228-233.

12. Bogachkov IV. A Detection of strained sections in optical fibers on basis of the Brillouin relectometry method II T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 2016. Том 10, № 12. С. 85-91.

13. Bogachkov [.V.. Gorlov Hit. Experimental Examination of the Strain Characteristics of Optical Fibers // IEEE 2014 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings, V I, pp. 223-227.

14. Bogachkov /.I'.. Gorlov N.I. Investigation of effects of longitudinal stretching of optica! libers on Brillouin backscattering spectrum // IEEE 2016 13th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings. V. i, p. 1. pp. 162-168.

15. Bogachkov I. V. Experimental Re searches of Temperature Dependences of Brillouin Backscatler Spectrum in Optics! Fibers of Various Types // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines, Dynamics 2016- Proceedings, pp. 1-7.

16. Bogachkov I.Vt. Gorlov N.I. Researches of the influence of temp era lure changes in optical fibers on the Brillouin backscaltcring spectrum II IEEE 2016 13th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings. V. !,p. Epp. 157-161.

17. Богачков il.B.. Горлов НИ. Обнаружение участков с измененной температурой волоконно-оптических линий связи методом бриллюзновской рефлектометрии Н Веегник СибГУТИ. Новосибирск: Изд-во СибГУТИ, 2015. Вып. 4 (32). С. 74-81.

18. Богачков Н.В. Исследования характеристик рассеяния Мандельштама - Бриллюэна в оптических волокнах с различными законами дисперсии //T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 2016. Том 10. № 11. С. 40-45.

DETECTING OF OPTICAL FIBERS SECTIONS WITH CHANGED CHARACTERISTICS

USING BRILLOUIN REFLECTOMETER

Igor V. Bogachkov, Omsk State Technical University (OmSTU), Omsk, Russia, [email protected]

Abstract

A timely detection and elimination of "problem" sections of optical fibers (OF) is the important problem of monitoring and early diagnostics of fiber optical communication lines (FOCL). Optical fibers sections with changed temperature, changed strain, OF bends and microbends, OF sections with unauthorized access (UA) are understood as "problem" sections in this work. FOCL have a high degree of information protection from UA by comparison with other telecommunica-tion lines. In spite of the high costs and complexity, UA to OF is possible, although interception of informa-tion requires direct physical contact with the OF.

It is important to provide long and reliable FOCL service should not only make timely control of the OF integrity but also detect the "problem" OF sections having increased mechanical strain or temperature differ-ences. Even insignificant ground deformation caused by different reasons can lead to mechanical strain in OF located inside the cable.

Temperature changes in OF can signal the occurrence of the "problem" FOCL section. Timely detection of similar sections allows to take the necessary measures to eliminate the accident until the OF destruction. Monitoring systems of OF constructed using a traditional optical time domain reflecto-meter (OTDR) are not able to solve this problem. There are ways of information interception from OF based on the cooling, the OF stretching, the bending effects in the OF. In this case, the BOTDR application is desirable in the monitoring system, although BOTDR widespread is limited due to their high cost. BOTDR reflectograms of fibers sections with the changed temperature, at periodic mechanical impact on OF, bends and microbends are provided in this work.

Using BOTDR in the fibers monitoring system allows to increase efficiency of the "problem" OF sections detection (sections with the changed tension, temperature, etc.), including sections with UA. Brillouin reflectometry method allows to carry out early FOCL diagnostics, to detect UA and to eliminate problems in the OF at an early stage.

Keywords: optical fiber, early diagnostics, Brillouin reflectometry, bend, microbend, strain, unauthorized access.

The work was performed with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation within the scope of the base part of a State Assignment within the sphere of scien-tific activity (Project No. 8.9334.2017).

References

1. Bogachkov I. V., Gorlov N.I. (2013). Components of fiber optic communication systems and methods of their parameters control. Omsk: Publishing house OmSTU, 192 p. (In Russian)

2. Bogachkov I.V., Trukhina A.I. (2017). Problems of monitoring of modern fiber-optic communication lines. VI International Conference on Photonics and Information Optics Proceedings. pp. 136-137. (In Russian)

3. Bogachkov I.V., Trukhina A.I. (2016). The review of methods of the outflow information channels formation in optical fibers. Russian Conference on Modern Problems of Telecommunications Proceedings, pp. 291-295. (In Russian)

4. Bogachkov I.V., Trukhina A.I. (2017). Increase of the detection efficiency of leak channels in optical fibers. VI International Conference on Photonics and Information Optics Proceedings, pp. 362-363. (In Russian)

5. Bogachkov I.V., Gorlov N.I., Trukhina A.I. (2016). Researches of the optical fibers bends influence on Brillouin backscatter spectrum. Russian Conference on Optical Reflectometry Proceedings, pp. 17-19. (In Russian)

6. Manko A., Katok V., Zadorozhniy M. (2001). The information security in fiber-optic communication lines. Journal of Legal, regulatory metrological support of information security system in Ukraine. Kiev, vol. 2, pp. 249-255. (In Russian)

7. Salleh M. F. M., Zakaria Z. (2015). Optical fiber bending detection on long distance OPGW using OTDR. TELKOMNIKA, vol. 13, no 3, pp. 889-893.

8. Bogachkov I.V., Gorlov N.I. (2016). Joint testing of optical pulse reflectometers of various types for early diag-nostics and detection of "problem" sections in optical fibers. IEEE 2016 13th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings, vol. 1, p. 1, pp. 152-156.

9. Bogachkov I.V., Gorlov N.I. (2017). Joint examinations of optical pulse reflectometers of various kinds for early diagnostics and detection of "problem" sections in optical fibers. Journal of SibSUTI. Novosibirsk, vol. 1 (37), pp. 75-82. (In Russian)

10. Bogachkov I.V., Maistrenko V.A. (2015). Detection of "problem" sections in fiber optic communication lines on basis of Brillouin backscatter spectrum analysis. T-Comm, vol. 9. no. 11, pp. 19-24. (In Russian)

11. Bogachkov I.V., Gorlov N.I. (2014). Experimental Researches of the Transverse Pressures Influences on Optical Fibers, Brillouin Backscattering Spectrum and Strain Characteristics. IEEE 2014 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings, vol. 1, pp. 228-233.

12. Bogachkov I.V. (2016). A Detection of strained sections in optical fibers on basis of the Brillouin relectometry method. T-Comm, vol.. 10. No 12. pp. 85-91.

13. Bogachkov I.V., Gorlov N.I. (2014). Experimental Examination of the Strain Characteristics of Optical Fibers. IEEE 2014 12th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings, vol.. 1, pp. 223-227.

14. Bogachkov I.V., Gorlov N.I. (2016). Investigation of effects of longitudinal stretching of optical fibers on Brillouin backscattering spectrum. IEEE 2016 13th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings, vol. 1, p. 1, pp. 162-168.

15. Bogachkov I.V. (2016). Experimental Researches of Temperature Dependences of Brillouin Backscatter Spectrum in Optical Fibers of Various Types. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines, Dynamics 2016. Proceedings, pp. 1-7.

16. Bogachkov I.V., Gorlov N.I. (2016). Researches of the influence of temperature changes in optical fibers on the Brillouin backscattering spectrum. IEEE 2016 13th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings, vol. 1, p. 1, pp. 157-161.

17. Bogachkov I.V., Gorlov N.I. (2015). Detection of sections of fiber-optical communication lines with changed temperature on the basis of Brillouin reflectometry method. Journal of SibSUTI. Novosibirsk, vol. 4 (32). pp. 74-81. (In Russian)

18. Bogachkov I.V. (2016). Researches of Mandelstam - Brillouin backscatter characteristics in optical fibers with different dispersion laws. T-Comm, vol. 10, no 11, pp. 40-45. (In Russian)

Information about author:

Igor V. Bogachkov, Docent of "Communication means and information security" department of Omsk State Technical University (OmSTU) , Omsk, Russia

T-Comm Tом 1 1. #7-20 1 7

7T>

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.